Das Säure-Basen-Gleichgewicht spielt eine große Rolle für das normale Funktionieren des menschlichen Körpers. Das im Körper zirkulierende Blut ist eine Mischung aus lebenden Zellen, die sich in einem flüssigen Lebensraum befinden. Das erste Sicherheitsmerkmal, das den pH-Wert im Blut kontrolliert, ist das Puffersystem. Dies ist ein physiologischer Mechanismus, der dafür sorgt, dass die Parameter des Säure-Basen-Gleichgewichts erh alten bleiben, indem ein Absinken des pH-Werts verhindert wird. Was es ist und welche Sorten es hat, erfahren wir weiter unten.
Beschreibung
Das Puffersystem ist ein einzigartiger Mechanismus. Es gibt mehrere davon im menschlichen Körper, und sie bestehen alle aus Plasma und Blutzellen. Puffer sind Basen (Proteine und anorganische Verbindungen), die H+ und OH- binden oder abgeben und die pH-Verschiebung innerhalb von 30 Sekunden zerstören. Die Fähigkeit eines Puffers, ein Säure-Basen-Gleichgewicht aufrechtzuerh alten, hängt von der Anzahl der Elemente ab, aus denen er zusammengesetzt ist.
Arten von Blutpuffern
Blut, das sich ständig bewegt, sind lebende Zellen,die in einem flüssigen Medium existieren. Der normale pH-Wert beträgt 7, 37-7, 44. Die Bindung von Ionen erfolgt mit einem bestimmten Puffer, die Klassifizierung von Puffersystemen ist unten angegeben. Es selbst besteht aus Plasma und Blutzellen und kann Phosphat, Protein, Bicarbonat oder Hämoglobin sein. Alle diese Systeme haben einen ziemlich einfachen Wirkungsmechanismus. Ihre Aktivität zielt darauf ab, den Ionenspiegel im Blut zu regulieren.
Eigenschaften des Hämoglobinpuffers
Das Hämoglobin-Puffersystem ist das stärkste von allen, es ist ein Alkali in den Kapillaren von Geweben und eine Säure in einem solchen inneren Organ wie der Lunge. Es macht etwa fünfundsiebzig Prozent der gesamten Pufferkapazität aus. Dieser Mechanismus ist an vielen Prozessen beteiligt, die im menschlichen Blut ablaufen, und hat Globin in seiner Zusammensetzung. Wenn der Hämoglobinpuffer in eine andere Form (Oxyhämoglobin) übergeht, ändert sich diese Form und auch die sauren Eigenschaften des Wirkstoffs ändern sich.
Die Qualität von reduziertem Hämoglobin ist geringer als die von Kohlensäure, wird aber viel besser, wenn es oxidiert wird. Wenn der Säuregeh alt des pH-Werts erreicht wird, verbindet Hämoglobin Wasserstoffionen, es stellt sich heraus, dass es bereits reduziert ist. Wenn Kohlendioxid aus der Lunge entfernt wird, wird der pH-Wert alkalisch. Dabei fungiert das oxidierte Hämoglobin als Protonenspender, mit dessen Hilfe der Säure-Basen-Haush alt ausgeglichen wird. Der Puffer, der aus Oxyhämoglobin und seinem Kaliumsalz besteht, fördert also die Freisetzung von Kohlendioxid aus dem Körper.
Dieses Puffersystem funktionierteine wichtige Rolle im Atmungsprozess, da es die Transportfunktion erfüllt, Sauerstoff zu den Geweben und inneren Organen zu transportieren und Kohlendioxid aus ihnen zu entfernen. Das Säure-Basen-Gleichgewicht in den Erythrozyten wird konstant geh alten und somit auch im Blut.
Wenn also das Blut mit Sauerstoff gesättigt ist, verwandelt sich Hämoglobin in eine starke Säure, und wenn es Sauerstoff abgibt, verwandelt es sich in eine ziemlich schwache organische Säure. Die Systeme von Oxyhämoglobin und Hämoglobin sind ineinander umwandelbar, sie existieren als eins.
Eigenschaften des Bikarbonatpuffers
Das Bicarbonat-Puffersystem ist ebenfalls leistungsfähig, aber auch das am besten kontrollierte im Körper. Sie macht etwa zehn Prozent der gesamten Pufferkapazität aus. Es hat vielseitige Eigenschaften, die seine Zwei-Wege-Wirkung gewährleisten. Dieser Puffer enthält ein konjugiertes Säure-Base-Paar, das aus Molekülen wie Kohlensäure (Protonenquelle) und Anion Bicarbonat (Protonenakzeptor) besteht.
So fördert das Bicarbonat-Puffersystem einen systematischen Prozess, bei dem eine starke Säure in den Blutkreislauf gelangt. Dieser Mechanismus bindet die Säure an die Bicarbonatanionen und bildet Kohlensäure und ihr Salz. Wenn Alkali in das Blut gelangt, bindet der Puffer an Kohlensäure und bildet ein Bicarbonatsalz. Da im menschlichen Blut mehr Natriumbicarbonat als Kohlensäure vorhanden ist, weist diese Pufferkapazität einen hohen Säuregeh alt auf. Mit anderen Worten, KohlenwasserstoffpufferDas System (Bikarbonat) ist sehr gut in der Lage, Substanzen zu kompensieren, die den Säuregeh alt des Blutes erhöhen. Dazu gehört Milchsäure, deren Konzentration bei intensiver körperlicher Anstrengung zunimmt, und dieser Puffer reagiert sehr schnell auf Veränderungen im Säure-Basen-Haush alt im Blut.
Eigenschaften des Phosphatpuffers
Das menschliche Phosphatpuffersystem nimmt knapp zwei Prozent der gesamten Pufferkapazität ein, die mit dem Geh alt an Phosphaten im Blut zusammenhängt. Dieser Mechanismus hält den pH-Wert im Urin und in der Flüssigkeit, die sich in den Zellen befindet, aufrecht. Der Puffer besteht aus anorganischen Phosphaten: monobasisch (wirkt als Säure) und dibasisch (wirkt als Alkali). Bei normalem pH-Wert beträgt das Verhältnis von Säure zu Base 1:4. Mit zunehmender Anzahl von Wasserstoffionen bindet das Phosphatpuffersystem an sie und bildet eine Säure. Dieser Mechanismus ist eher sauer als basisch und neutralisiert somit perfekt saure Stoffwechselprodukte wie Milchsäure, die in den menschlichen Blutkreislauf gelangen.
Eigenschaften des Proteinpuffers
Proteinpuffer spielen im Vergleich zu anderen Systemen keine so besondere Rolle bei der Stabilisierung des Säure-Basen-Gleichgewichts. Sie macht etwa sieben Prozent der gesamten Pufferkapazität aus. Proteine bestehen aus Molekülen, die sich zu Säure-Basen-Verbindungen verbinden. In einem sauren Milieu wirken sie als Laugen, die Säuren binden, in einem alkalischen Milieu geschieht alles umgekehrt.
Dies führt zur Bildung eines Proteinpuffersystems, dases ist recht effektiv bei einem pH-Wert von 7,2 bis 7,4 Ein Großteil der Proteine wird durch Albumine und Globuline repräsentiert. Da die Proteinladung Null ist, liegt sie bei normalem pH-Wert in Form von Alkali und Salz vor. Diese Pufferkapazität hängt von der Anzahl der Proteine, ihrer Struktur und freien Protonen ab. Dieser Puffer kann sowohl saure als auch alkalische Produkte neutralisieren. Aber seine Kapazität ist eher sauer als alkalisch.
Eigenschaften der Erythrozyten
Normalerweise haben Erythrozyten einen konstanten pH-Wert - 7, 25. Hier wirken Hydrocarbonat- und Phosphatpuffer. Aber in Bezug auf die Macht unterscheiden sie sich von denen im Blut. In Erythrozyten spielt der Proteinpuffer eine besondere Rolle bei der Versorgung von Organen und Geweben mit Sauerstoff sowie dem Abtransport von Kohlendioxid aus ihnen. Außerdem sorgt es für einen konstanten pH-Wert in den Erythrozyten. Der Proteinpuffer in Erythrozyten ist eng verwandt mit dem Bikarbonatsystem, da hier das Säure-Salz-Verhältnis geringer ist als im Blut.
Beispiel eines Puffersystems
Lösungen starker Säuren und Laugen, die schwach reagieren, haben einen variablen pH-Wert. Aber die Mischung von Essigsäure mit ihrem Salz behält einen stabilen Wert. Auch wenn man ihnen Säure oder Lauge hinzufügt, ändert sich das Säure-Basen-Gleichgewicht nicht. Betrachten Sie als Beispiel den Acetatpuffer, der aus der Säure CH3COOH und ihrem Salz CH3COO besteht. Wenn Sie eine starke Säure hinzufügen, bindet die Base des Salzes die H + -Ionen und verwandelt sich in Essigsäure. Reduktion von Salzanionendurch eine Zunahme an Säuremolekülen ausgeglichen. Infolgedessen ändert sich das Verhältnis der Säure zu ihrem Salz kaum, sodass sich der pH-Wert kaum wahrnehmbar ändert.
Wirkmechanismus von Puffersystemen
Wenn saure oder basische Produkte in den Blutkreislauf gelangen, hält der Puffer einen konstanten pH-Wert aufrecht, bis die ankommenden Produkte ausgeschieden oder in Stoffwechselprozessen verwendet werden. Im menschlichen Blut gibt es vier Puffer, die jeweils aus zwei Teilen bestehen: einer Säure und ihrem Salz sowie einem starken Alkali.
Die Wirkung eines Puffers beruht darauf, dass er die Ionen, die mit der ihm entsprechenden Zusammensetzung einhergehen, bindet und neutralisiert. Da der Körper in der Natur vor allem auf unteroxidierte Stoffwechselprodukte trifft, sind die Eigenschaften des Puffers eher anti-säuernd als anti-basisch.
Jedes Puffersystem hat sein eigenes Funktionsprinzip. Wenn der pH-Wert unter 7,0 fällt, beginnt ihre lebhafte Aktivität. Sie beginnen, überschüssige freie Wasserstoffionen zu binden und Komplexe zu bilden, die Sauerstoff bewegen. Es bewegt sich wiederum in das Verdauungssystem, Lunge, Haut, Nieren und so weiter. Ein solcher Transport von sauren und alkalischen Produkten trägt zu ihrer Entladung und Ausscheidung bei.
Im menschlichen Körper spielen nur vier Puffersysteme eine wichtige Rolle bei der Aufrechterh altung des Säure-Basen-Gleichgewichts, aber es gibt noch andere Puffer, wie z. B. das Acetatpuffersystem, das eine schwache Säure (Donor) und ihr Salz (Akzeptor). Die Fähigkeit dieser MechanismenpH-Änderungen zu widerstehen, wenn Säure oder Salz ins Blut gelangt, ist begrenzt. Sie h alten das Säure-Basen-Gleichgewicht nur dann aufrecht, wenn eine starke Säure oder Lauge in einer bestimmten Menge zugeführt wird. Wird er überschritten, ändert sich der pH-Wert dramatisch, das Puffersystem funktioniert nicht mehr.
Puffereffizienz
Blutpuffer und Erythrozyten haben unterschiedliche Wirksamkeit. Bei letzterem ist sie höher, da hier ein Hämoglobinpuffer vorhanden ist. Die Abnahme der Ionenzahl erfolgt in Richtung von der Zelle zur interzellulären Umgebung und dann zum Blut. Dies deutet darauf hin, dass das Blut die größte Pufferkapazität hat, während die intrazelluläre Umgebung die kleinste hat.
Wenn Zellen verstoffwechselt werden, entstehen Säuren, die in die interstitielle Flüssigkeit gelangen. Dies geschieht umso leichter, je mehr davon in den Zellen vorkommen, da ein Überschuss an Wasserstoffionen die Durchlässigkeit der Zellmembran erhöht. Die Klassifizierung von Puffersystemen kennen wir bereits. In Erythrozyten haben sie effektivere Eigenschaften, da hier noch Kollagenfasern eine Rolle spielen, die auf die Ansammlung von Säure mit Quellung reagieren, sie aufnehmen und Erythrozyten aus Wasserstoffionen freisetzen. Diese Fähigkeit beruht auf seiner Absorptionseigenschaft.
Interaktion von Puffern im Körper
Alle Mechanismen im Körper sind miteinander verbunden. Blutpuffer bestehen aus mehreren Systemen, deren Beitrag zur Aufrechterh altung des Säure-Basen-Gleichgewichts unterschiedlich ist. Wenn Blut in die Lunge gelangt, erhält es Sauerstoff.durch Bindung an Hämoglobin in roten Blutkörperchen, Bildung von Oxyhämoglobin (Säure), das den pH-Wert aufrechterhält. Mit Hilfe von Carboanhydrase erfolgt eine parallele Reinigung des Lungenblutes von Kohlendioxid, das in Erythrozyten in Form einer schwachen dibasischen Kohlensäure und Carbaminohämoglobin und im Blut - Kohlendioxid und Wasser - vorliegt.
Mit einer Abnahme der Menge an schwacher dibasischer Kohlensäure in Erythrozyten dringt sie aus dem Blut in die Erythrozyten ein und das Blut wird von Kohlendioxid gereinigt. So gelangt ständig eine schwache dibasische Kohlensäure aus den Zellen ins Blut, und inaktive Chloridanionen gelangen aus dem Blut in die Erythrozyten, um die Neutralität aufrechtzuerh alten. Infolgedessen sind rote Blutkörperchen saurer als Plasma. Alle Puffersysteme haben ihre Berechtigung durch das Protonen-Donor-Akzeptor-Verhältnis (4:20), das mit den Besonderheiten des Stoffwechsels des menschlichen Körpers zusammenhängt, der mehr saure als basische Produkte bildet. Der Indikator der Säurepufferkapazitäten ist hier sehr wichtig.
Austauschvorgänge im Gewebe
Das Säure-Basen-Gleichgewicht wird durch Puffer und Stoffwechselumwandlungen im Körpergewebe aufrechterh alten. Dies wird durch biochemische und physikalisch-chemische Prozesse unterstützt. Sie tragen zum Verlust der Säure-Basen-Eigenschaften von Stoffwechselprodukten, ihrer Bindung und der Bildung neuer Verbindungen bei, die schnell aus dem Körper ausgeschieden werden. Beispielsweise wird eine große Menge Milchsäure in Glykogen ausgeschieden, organische Säuren werden durch Natriumsalze neutralisiert. StarkSäuren und Laugen lösen sich in Lipiden auf und organische Säuren oxidieren zu Kohlensäure.
Damit ist das Puffersystem der erste Helfer bei der Normalisierung des Säure-Basen-Haush altes im menschlichen Körper. pH-Stabilität ist für das normale Funktionieren von biologischen Molekülen und Strukturen, Organen und Geweben notwendig. Unter normalen Bedingungen h alten Pufferprozesse ein Gleichgewicht zwischen der Einführung und Entfernung von Wasserstoff- und Kohlendioxidionen aufrecht, was dazu beiträgt, einen konstanten pH-Wert im Blut aufrechtzuerh alten.
Wenn die Arbeit von Puffersystemen versagt, entwickelt eine Person Pathologien wie Alkalose oder Azidose. Alle Puffersysteme sind miteinander verbunden und darauf ausgerichtet, ein stabiles Säure-Basen-Gleichgewicht aufrechtzuerh alten. Der menschliche Körper produziert ständig eine große Anzahl von Säureprodukten, was dreißig Litern starker Säure entspricht.
Konstanz der Reaktionen im Körper wird durch starke Puffer gewährleistet: Phosphat, Protein, Hämoglobin und Bikarbonat. Es gibt andere Puffersysteme, aber diese sind die wichtigsten und notwendigsten für einen lebenden Organismus. Ohne ihre Hilfe entwickelt eine Person verschiedene Pathologien, die zu Koma oder Tod führen können.
